關於金屬的熱脹冷縮現象的物理小實驗
日常生活中隨處可見熱脹冷縮現象,如天氣變化與熱脹冷縮有關,用體溫表量體溫時與熱脹冷縮有關,鐵軌之間的空隙與熱脹冷縮有關,老式日光燈上的啓動器與熱脹冷縮,……。下面我們就用日光燈上的啓動器來做一個小實驗,驗證一下金屬的熱脹冷縮現象。
在做實驗之前,讓我們先來認識一下啓動器。啓動器也叫啓輝器,是老式日光燈必需的一個元件。在鋁殼或塑料殼中有一個小玻璃泡,小玻璃管內充有氖氣,並裝有兩個電極,一個電極是用粘合在一起的雙層金屬片製成的,呈倒U形形狀,叫做動觸極(通常稱雙金屬片);另一個電極是直的金屬片,叫做靜觸極,冷態時兩電極分離(如圖1所示)。當動觸極雙金屬片的溫度升高時會向外側彎曲,此時動觸極和靜觸極會相互接觸;當雙金屬片溫度降低時,因冷卻而收縮,自動與靜觸極斷開。
實驗器材:日光燈啓動器1個、發光二極管1個、1號乾電池2節、1號電池盒2個、小開關1個、蠟燭1支、紙杯1個、針1個、導線、透明膠帶、火柴、塑料瓶蓋。
實驗步驟:
1.用針在塑料瓶蓋上扎兩個相距約1釐米的小孔。
2.把發光二極管兩極的引線從瓶蓋上的兩個小孔中穿過,使發光二極管的發光部分露在瓶蓋外面,做成一個帶底座的發光二極管。(如圖2所示)
3.把啓動器的金屬外殼去掉,得到一個有兩根接線的玻璃泡和有兩根接線的柱狀紙卷。(這個紙卷實際上是一個電容器,做該實驗時不用去掉這個電容器)
4.把紙杯倒置在桌面上,再在啓動器的兩接線柱上分別接上一條導線,然後用透明膠帶把啓動器固定在紙杯底上,使啓動器的玻璃泡探出在紙杯底部邊緣外面。(如圖3所示)
5.按圖4所示電路圖連接好電路。
6.把蠟燭放置在啓動器玻璃泡的下面,使蠟燭外焰位置接觸到玻璃泡下部。
7.閉合電路開關,發光二極管發光了嗎?
8.用火柴點燃蠟燭,過一會兒,發光二極管發光了嗎?(這時發光二極管發光了,如圖5所示)
9.把蠟燭從玻璃泡下移走,放光二極管還發光嗎?
實驗現象:連接好電路,閉合開關,在沒點燃蠟燭時,發光二極管並不發光。點燃蠟燭後,發光二極管會發光。把蠟燭從玻璃泡下移走,放光二極管還會持續發光一段時間。
現象解釋:連接好電路,閉合開關,在沒點燃蠟燭時,啓動器玻璃泡內的靜觸極和動觸極處於分開狀態,這時電路是斷開的,所以放光二極管不會發光;當點燃蠟燭後,玻璃泡內的動觸極受熱膨脹,這時靜觸極和動觸極接觸在一起,電路處於導通狀態,所以放光二極管會發光。
友情提示:
1.製作過程中一定要注意安全。
2.玻璃泡在加熱過程中會出現裂縫,但不會影響實驗現象。
3.發光二級管有正負極,注意不要接反了。如果發光二極管接反了,即使其它部分電路正常,發光二級管也不會發光。
選自:《初中物理自制教具》
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